(57)【要約】【課題】完全分割鉄心構造及び完全一体鉄心構造双方の利点を兼ね備えた永久磁石形回転電機の回転子構造を提供する。【解決手段】回転子鉄心１と永久磁石２とを周方向に交互に配置した構成を有する永久磁石形回転電機の回転子構造において、回転子鉄心１を、それぞれ周方向に一極置きに配置される複数の一体鉄心片１１１Ａ，１２１Ａ及び複数の一体鉄心片１１１Ａ，１２１Ａを径方向内側で一体的に連結する一体鉄心連結部１１１Ｂ，１２１Ｂからなる一体鉄心１１１，１２１と、複数の一体鉄心片１１１Ａ，１２１Ａの軸方向一端面にそれぞれ重ね合わされる複数の分割鉄心１１２，１２２とから構成されるＮ極鉄心１１及びＳ極鉄心１２から構成し、Ｎ極鉄心１１とＳ極鉄心１２とを、軸方向一端面が対向するように且つＮ極鉄心１１とＳ極鉄心１２とが周方向に交互に配設されるように組み合わせた。【選択図】図１
2013198304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心と永久磁石とを周方向に交互に配置した構成を有する永久磁石形回転電機の回転子構造において、
前記回転子鉄心が、それぞれ周方向に一極置きに配置される複数の一体鉄心片及び前記複数の一体鉄心片を径方向内側で一体的に連結する一体鉄心連結部からなる一体鉄心と、前記複数の一体鉄心片の軸方向一端面にそれぞれ重ね合わされる複数の分割鉄心とから構成されるＮ極鉄心及びＳ極鉄心とを備え、
前記Ｎ極鉄心と前記Ｓ極鉄心とが、前記軸方向一端面が対向するように且つ前記Ｎ極鉄心と前記Ｓ極鉄心とが周方向に交互に配設されるように組み合わされた
ことを特徴とする永久磁石形回転電機の回転子構造。
【請求項２】
前記一体鉄心の軸方向の厚さに比較して前記分割鉄心の軸方向の厚さが軸方向への磁束漏れを防止する磁気抵抗を確保できる距離相当分以上である所定厚さだけ厚く構成された
ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転電機の回転子構造。
【請求項３】
軸方向に対し、前記Ｎ極鉄心と前記Ｓ極鉄心との間に前記所定厚さの円環状部材が介装された
ことを特徴とする請求項２記載の永久磁石形回転電機の回転子構造。
【請求項４】
前記回転子鉄心が軸方向に複数積層されてなる
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石形回転電機の回転子構造。
【請求項５】
前記回転子鉄心が径方向に対して前記一体鉄心連結部と前記分割鉄心との間に間隙を有し、
前記間隙に径方向に着磁された他の永久磁石を配設した
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石形回転電機の回転子構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を使用した永久磁石形回転電機の回転子構造に関し、特に、永久磁石形回転電機の高磁束密度化を実現するための回転子構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石形回転電機においては、高いギャップ磁束密度を実現する方法としてスポーク型に磁石を配置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、現在スポーク型に磁石を配置するための回転子構造としては、鉄心を完全に分割する完全分割鉄心構造と、鉄心を僅かにつなげておく完全一体鉄心構造との二種類の構造が考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７８２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、完全分割鉄心構造においては、完全に分割された回転子鉄心を精度よく一体化させるために多くの分割鉄心を固定するための部材および組み付け固定のための工数が必要となる問題があった。また、分割鉄心に軸方向に貫通する貫通穴を設け、さらに鉄心の両端面に板部材を設けて、丸棒等の支持部材を貫通穴に嵌入させて前記分割鉄心を固定することが考えられるが、この方法を鉄心積厚の長い回転機に適用した場合、前記支持部材も積厚に依存して長くなり、積厚に依存した前記分割鉄心の遠心力と回転力の大きさに対して前記支持部材の強度及び剛性が不足するという問題が考えられた。
【０００５】
他の方法として分割鉄心を一体化させるために回転子外周に例えば非磁性体の円筒状部材（非磁性のリング部材）を設ける場合には、円筒状部材の肉厚と、その円筒状部材を回転子へ組付ける際の精度を考慮した分だけ回転機の固定子と回転子間のギャップが広がることになり、効果的にギャップ磁束密度を向上させることが難しいという問題があった。
回転子の回転時の遠心力に耐えるためには、分割鉄心を強固に一体化させるために円筒状部材の強度および剛性が必要となるが、これは円筒状部材の肉厚に依存する。つまり、円筒状部材の強度向上とギャップ磁束密度向上はトレードオフの関係となるという問題もあった。
【０００６】
また、分割鉄心と回転機軸は、鉄心端面の板部材を介して締結されることから、分割鉄心と回転機軸の締結強度は板部材のみが担うため、鉄心の積厚が増加するほど、構造の信頼性が低くなるという問題も考えられた。
【０００７】
他方、上述した完全一体鉄心構造では、つながり部分において磁束の漏れが避けられないため、ギャップ磁束密度が低下してしまう。特に希土類を使用しない残留磁束密度の低い永久磁石（フェライト磁石など）を使用した場合では、鉄心のつながり部分を磁気飽和させることが困難になり、ギャップの磁束密度が大きく低下してしまうという問題があった。
【０００８】
鉄心のつながり部分を磁気飽和させるには、つながり部分を極力細くする必要があり、ギャップの磁束密度向上は鉄心の製作上の精度およびつながり部分の強度とのトレードオフとなる。
【０００９】
また、磁束の漏れを低減させるため、通常つながり部分を細くすることから、つながり部分を強度部材として期待することは困難であり、鉄心と回転機軸との締結に関する強度的な問題点は完全分割鉄心構造とほとんど変わらない。
【００１０】
このようなことから本発明は、完全分割鉄心構造及び完全一体鉄心構造双方の利点を兼ね備えた永久磁石形回転電機の回転子構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、回転子鉄心と永久磁石とを周方向に交互に配置した構成を有する永久磁石形回転電機の回転子構造において、前記回転子鉄心が、それぞれ周方向に一極置きに配置される複数の一体鉄心片及び前記複数の一体鉄心片を径方向内側で一体的に連結する一体鉄心連結部からなる一体鉄心と、前記複数の一体鉄心片の軸方向一端面にそれぞれ重ね合わされる複数の分割鉄心とから構成されるＮ極鉄心及びＳ極鉄心とを備え、前記Ｎ極鉄心と前記Ｓ極鉄心とが、前記軸方向一端面が対向するように且つ前記Ｎ極鉄心と前記Ｓ極鉄心とが周方向に交互に配設されるように組み合わされたことを特徴とする。
【００１２】
また、上記の課題を解決するための第２の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、第１の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造において、前記一体鉄心の軸方向の厚さに比較して前記分割鉄心の軸方向の厚さが軸方向への磁束漏れを防止する磁気抵抗を確保できる距離相当分以上である所定厚さだけ厚く構成されたことを特徴とする。
【００１３】
また、上記の課題を解決するための第３の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、第２の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造において、軸方向に対し、前記Ｎ極鉄心と前記Ｓ極鉄心との間に前記所定厚さの円環状部材が介装されたことを特徴とする。
【００１４】
また、上記の課題を解決するための第４の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、第１ないし第３のいずれか一つの発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造において、前記回転子鉄心が軸方向に複数積層されてなることを特徴とする。
【００１５】
また、上記の課題を解決するための第５の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、第１ないし第４のいずれか一つの発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造において、前記回転子鉄心が径方向に対して前記一体鉄心連結部と前記分割鉄心との間に間隙を有し、前記間隙に径方向に着磁された他の永久磁石を配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造によれば、従来の完全分割鉄心構造に比較して回転機軸との組付け精度の向上及び組み立ての容易化が可能であるとともに、従来の完全一体鉄心構造に比較して磁束の漏れを防止して高いギャップ磁束密度を得ることができる。
【００１７】
また、積層厚の大きい電動機に適用する場合であっても強度を維持しつつ容易に必要な積層厚を確保することが可能となる。
【００１８】
また、一体鉄心連結部と分割鉄心との間に形成される間隙に径方向に着磁された他の永久磁石を配設すれば、永久磁石の内外径部に回転子鉄心による磁気回路が存在することとなり、回転子鉄心と回転機軸との締結強度を備えながらも効果的にギャップ磁束密度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造における一体鉄心を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）を正面から見た縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造における同極鉄心を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造における一体鉄心を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造における分割鉄心を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造における回転子鉄心の分解斜視図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第１の実施例に係る永久磁石形回転電機の正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のVI-VI断面図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造における回転子鉄心を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造を示す分解斜視図である。
【図９】図９（ａ）は本発明の第２の実施例に係る永久磁石形回転電機の正面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のIX-IX断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の第３の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造鉄心を示す斜視図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の一体鉄心を省略して示す正面図である。
【図１１】図１１（ａ）は本発明の第３の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造の回転子鉄心を一部省略して示す斜視図、図１１（ｂ）は本発明の第３の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造の回転子鉄心を一部省略して示す他の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
（高ギャップ磁束密度を実現する回転子構造）
図１ないし図６を用いて本発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造の第１の実施例について説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造において、回転子鉄心１は、Ｎ極鉄心１１と、Ｓ極鉄心１２と、非磁性体からなる円環状部材１３とを備えて構成されている。なお、本実施例では回転子鉄心１の一例として８極のものを示している。
【００２３】
Ｎ極鉄心１１とＳ極鉄心１２とは、それぞれ周方向に等間隔に配置された四つの鉄心片１１Ａ，１２Ａを備えており、Ｎ極鉄心１１とＳ極鉄心１２とを周方向に一極分位相をずらして組み合わせることにより、Ｎ極鉄心１１の鉄心片１１Ａと、Ｓ極鉄心１２の鉄心片１２Ａとが周方向に交互に配置されるように構成されている。さらに、周方向に対して、Ｎ極鉄心１１の鉄心片１１ＡとＳ極鉄心１２の鉄心片１２Ａとの間には永久磁石２が配設されており、これにより、回転子鉄心１と永久磁石２とが周方向に交互に配置された構成となっている。
【００２４】
図２ないし図４を用いてＮ極鉄心１１及びＳ極鉄心１２の構成について詳細に説明する。
【００２５】
Ｎ極鉄心１１は、図２に示すように、一つのＮ極側一体鉄心１１１と四つのＮ極側分割鉄心１１２とを軸方向に重ね合わせて構成されている。
【００２６】
Ｎ極側一体鉄心１１１は、図３に示すように、周方向に一極置きに配置された四つのＮ極側一体鉄心片１１１Ａと、それぞれのＮ極側一体鉄心片１１１Ａを径方向内側で連結するＮ極側一体鉄心連結部１１１Ｂとから構成されている。
Ｎ極側一体鉄心片１１１Ａはそれぞれ概ね扇形に形成されたＮ極側一体鉄心片本体部分１１１ａと、該Ｎ極側一体鉄心片本体部分１１１ａの径方向外側で周方向に沿って延びる二つのＮ極側一体鉄心外フランジ部１１１ｂと、Ｎ極側一体鉄心片本体部分１１１ａの径方向内側で周方向に沿って延びるとともにＮ極側一体鉄心連結部１１１ＢにつながるＮ極側一体鉄心片基端部１１１ｃとから構成されている。
Ｎ極側一体鉄心連結部１１１Ｂは概ね環状に形成され、その内周１１１ｄの径は電動機軸３（図６参照）を嵌入可能に設定され、その外周１１１ｅの径は後述するＮ極側分割鉄心１１２の内接円に比較して小径に設定されている。
ここで、Ｎ極側一体鉄心１１１の回転機軸３の軸方向（以下、単に「軸方向」という）の厚さ（以下、一体鉄心厚という）をｔ１とする。
【００２７】
また、Ｎ極側分割鉄心１１２は、図４に示すように、それぞれ概ね扇形に形成されたＮ極側分割鉄心本体部分１１２ａと、Ｎ極側分割鉄心本体部分１１２ａの径方向外側で周方向に沿って延びる二つのＮ極側分割鉄心外フランジ部１１２ｂと、Ｎ極側分割鉄心本体部分１１２ａの径方向内側で周方向に沿って延びるＮ極側分割鉄心内フランジ部１１２ｃとから構成されている。
ここで、Ｎ極側分割鉄心１１２の軸方向の厚さ（以下、分割鉄心厚という）をｔ２とすると、分割鉄心厚ｔ２は、一体鉄心厚ｔ１より厚く、具体的には、ｔ２＝ｔ１＋ｔ３（ただし、ｔ３は円環状部材１３の軸方向の厚さ）となるように形成されている。
Ｎ極側分割鉄心本体部分１１２ａ、Ｎ極側分割鉄心外フランジ部１１２ｂは、それぞれＮ極側一体鉄心片本体部分１１１ａ、Ｎ極側一体鉄心外フランジ部１１１ｂと軸方向の厚さを除き同形状に形成されている。
【００２８】
本実施例においては、このように構成されるＮ極側一体鉄心１１１とＮ極側分割鉄心１１２とを、図２に示すように各Ｎ極側一体鉄心片１１１Ａの軸方向の一端面にそれぞれＮ極側分割鉄心１１２を重ね合わせることによりＮ極鉄心１１を構成している。なお、Ｎ極側一体鉄心片１１１ＡとＮ極側分割鉄心１１２とを例えばカシメ、接着または溶接などにより固定すれば、Ｎ極側一体鉄心１１１とＮ極側分割鉄心１１２とを一体的に形成することができる。
【００２９】
Ｓ極鉄心１２は、Ｎ極鉄心１１と同一形状であるので詳細な説明は省略するが、図２ないし図４に括弧で符号を示すように、一つのＳ極側一体鉄心１２１と四つのＳ極側分割鉄心１２２とを軸方向に重ね合わせて構成されている。
Ｓ極側一体鉄心１２１は、図３に示すようにそれぞれＳ極側一体鉄心片本体部１２１ａ、二つのＳ極側一体鉄心片外フランジ部１２１ｂ、及びＳ極側一体鉄心片基端部１２１ｃを備える四つのＳ極側鉄心片１２１Ａと、該Ｓ極側鉄心片１２１Ａを径方向内側で連結するＳ極側一体鉄心連結部１２１Ｂとから構成されている。
また、Ｓ極側分割鉄心１２２は、図４に示すようにＳ極側分割鉄心本体部１２２ａと、Ｓ極側分割鉄心外フランジ部１２２ｂと、Ｓ極側分割鉄心内フランジ部１２２ｃから構成されている。
【００３０】
そして、Ｓ極鉄心１２は、Ｎ極鉄心１１と同様、図２に示すようにＳ極側一体鉄心１２１の各Ｓ極側一体鉄心片１２１Ａの軸方向の一端面にそれぞれＳ極側分割鉄心１２２を重ね合わせることにより構成されている。Ｓ極側一体鉄心片１２１ＡとＳ極側分割鉄心１２２とをカシメ、接着または溶接などにより固定すれば、Ｓ極側一体鉄心１２１とＳ極側分割鉄心１２２とを一体的に形成することができる。
【００３１】
また、円環状部材１３は、その内径がＮ極側一体鉄心連結部１１１Ｂ及びＳ極側一体鉄心連結部１２１Ｂの内周面１１１ｄ，１２１ｄの径と等しく、その外径がＮ極側一体鉄心連結部１１１Ｂ及びＳ極側一体鉄心連結部１２１Ｂの外周面１１１ｅ，１２１ｅの径と等しくなるように形成されている。
【００３２】
本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造においては、上述したように構成されるＮ極鉄心１１とＳ極鉄心１２とを、図５に示すように円環状部材１３を介して組み合わせ、一体的に固定することにより、回転子鉄心１を構成している。
【００３３】
より詳しくは、周方向に隣接するＮ極鉄心１１の鉄心片１１Ａ間に、Ｓ極鉄心１２の鉄心片１２Ａが位置するように、すなわち、円環状部材１３を挟んでＮ極鉄心１１とＳ極鉄心１２のそれぞれＮ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側分割鉄心１２２が重ね合わされる一端面側を対向させた状態から、例えばＮ極鉄心１１を周方向に回転させて回転機極数の一極分位相をずらしたうえでＮ極鉄心１１とＳ極鉄心１２とを組み合わせ、一体的に固定することにより、回転子鉄心１を構成している。
【００３４】
これにより、回転子１の軸方向の一方の端面においてはＮ極側分割鉄心１１２とＳ極側一体鉄心片１２１Ａとが周方向に交互に配設され、他方の端面においてはＮ極側一体鉄心片１１１ＡとＳ極側分割鉄心１２２とが周方向に交互に配設された状態となる。
【００３５】
ここで、Ｎ極鉄心１１とＳ極鉄心１２とは、円環状部材１３を介して組み合わされている。上述したように円環状部材１３は、内径が一体鉄心連結部１１１ｃの内径と同一に形成されるとともに外径が一体鉄心連結部１１１ｃの外径と同一に形成され、且つ軸方向の厚さが一体鉄心厚ｔ１と分割鉄心厚ｔ２との差であるｔ３となっている。
そのため、円環状部材１３はＮ極側分割鉄心１１２及びＳ極側分割鉄心１２２の軸心側に形成される中空部に配設されることにより、Ｎ極鉄心１１とＳ極鉄心１２とを重ね合わせたときに、Ｎ極鉄心１１の軸方向両端面とＳ極鉄心１２の軸方向両端面とがそれぞれ同一面上に揃った状態となるようにすることができる。
【００３６】
なお、図１〜５に示す例では、Ｎ極側一体鉄心１１１とＮ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側一体鉄心１２１とＳ極側分割鉄心１２２とを固定する方法としてカシメ固定を採用している。そのため、Ｎ極側一体鉄心１１１、Ｎ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側一体鉄心１２１、及びＳ極側分割鉄心１２２はそれぞれカシメ固定を行うための貫通孔１４を備えている。
【００３７】
このように構成される回転子鉄心１は一体鉄心１１１，１２１の内径部にて、図示しない非磁性のボスを介して回転機軸３に取り付けられるか、または非磁性の回転機軸３に直接取り付けられることで永久磁石の磁束の漏れを防止しながらも回転機軸３に回転力を伝達することができる。
【００３８】
回転子鉄心１の回転機軸３（又はボス）への締結方法の具体例としては一体鉄心１１１，１２１の内径部にてキー締結することで、回転子鉄心１を組み立てる際の位相制度を高めることができる。
また、一体鉄心１１１，１２１の内径部と回転機軸３（又はボス）にて収縮締結（圧入又は焼嵌め）も可能である。
【００３９】
上述した本発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造によれば、Ｘ−Ｙ−Ｚ三軸直交座標系において、軸方向をＺ方向とした際のＸＹ平面内では回転子１の異極間は分割されているため、ＸＹ面内方向の磁束の漏れを防止することができる。
【００４０】
さらに、分割鉄心厚ｔ２を一体鉄心厚ｔ１よりも厚くしておくことで対向するＮ極側一体鉄心１１１とＳ極側一体鉄心１２１との間における軸方向を経由する磁束の漏れを防止することができる。このことから、分割鉄心厚ｔ２は一体鉄心厚ｔ１に対して、軸方向への磁束漏れを防止できるだけの磁気抵抗を確保できる距離相当分以上厚くしておくことが望ましい。
【００４１】
また、軸方向の厚さｔ３の非磁性体からなる円環状部材１３を、Ｎ極側一体鉄心１１１とＳ極側一体鉄心１２１との間に組み込む構成としたことにより、Ｎ極鉄心１１とＳ極鉄心１２とを、Ｎ極鉄心１１の軸方向両端面とＳ極鉄心１２の軸方向両端面とがそれぞれ同一面上に揃った状態として回転子鉄心１の軸方向の積厚寸法を得ると同時に、Ｎ極側一体鉄心１１１とＳ極側一体鉄心１２１との磁気回路の短絡を回避することができる。
【００４２】
なお、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造における他の回転子鉄心１の組立方法として、Ｎ極側一体鉄心１１１とＮ極側分割鉄心１１２、及びＳ極側一体鉄心１２１とＳ極側分割鉄心１２２をあらかじめ固定することなく、図６に示すようにＮ極側一体鉄心１１１、Ｓ極側一体鉄心１２１、Ｎ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側分割鉄心１２２、及び板部材１５，１６を配置した後、これらを棒状支持部材１７を用いて一括で固定することも可能である。
【００４３】
ここで、板部材１５，１６は環状の板体でありそれぞれＮ極側分割鉄心１１２およびＳ極側分割鉄心１２２に対応する位置に上述した貫通孔１４と同一形状に穿設された貫通孔１５ａ，１６ａを有している。また、棒状支持部材１７は円柱状に形成され貫通孔１４及び貫通孔１５ａ，１６ａに嵌入可能に形成されている。
【００４４】
図６に示し上述した組み立て方法を用いれば、従来の完全分割鉄心を用いた回転子構造に比較して、一体鉄心１１１，１２１が存在するため、分割鉄心１１２，１２２に作用する遠心力による負荷を分散させることができ、より強固に分割鉄心１１２，１２２を保持することができるという利点が得られる。
これに対し、従来の完全分割鉄心を用いた回転子構造においては、分割鉄心を回転機軸（又はボス）に支持する部材は板部材のみであり、分割鉄心に作用する遠心力は丸棒等の棒状支持部材と板部材とに負荷されていたことから、棒状支持部材及び板部材に強度及び剛性が要求され、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造に比較して強固に分割鉄心を保持することが困難であった。
なお、Ｎ極側一体鉄心１１１とＮ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側一体鉄心１２１とＳ極側分割鉄心１２２をあらかじめ固定しておけば、より高強度な回転子鉄心を得ることができる。
【００４５】
このように、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、従来の完全分割鉄心構造に比較して、回転機軸３との組付け精度を向上でき、また、従来の完全分割鉄心構造に比較して、組み立てが容易で量産が容易にできるという利点を有する。
【００４６】
さらに、従来の完全一体鉄心構造と比較して、磁束の漏れを防止することができるため、高いギャップ磁束密度が得られる。
【００４７】
また、Ｎ極側一体鉄心１１１、Ｓ極側一体鉄心１２１の内径と回転機軸３（又はボス）とを締結するようにすれば、締結強度の信頼性が向上する。
【００４８】
なお、上述した実施例においては、円環状部材１３を用いて回転子鉄心１の軸方向の端面の位置決めを行う例を示したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、非磁性の回転機軸３（又はボス）に段付き部を設け、Ｎ極側一体鉄心１１１及びＳ極側一体鉄心１２１をこの段付き部に突き当てるなどして回転子鉄心１の軸方向の端面の位置決めを行うなどしてもよい。
【００４９】
また、上述した実施例ではＮ極鉄心１１、Ｓ極鉄心１２をそれぞれ別体として形成されたＮ極側一体鉄心１１１とＮ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側一体鉄心１２１とＳ極側分割鉄心１２２を重ね合わせることによって形成する例を示したが、Ｎ極鉄心１１及びＳ極鉄心１２は上述した構成に限定されるものではなく、例えば、Ｎ極側一体鉄心１１１とＮ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側一体鉄心１２１とＳ極側分割鉄心１２２を圧粉鉄心などにより初めから一体物として製作するなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【実施例２】
【００５０】
（積厚寸法の大きい回転機に適用）
図７ないし図９を用いて本発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造の第２の実施例について説明する。
【００５１】
本実施例は、上述した第１の実施例において説明した回転子鉄心１を軸方向に複数（本実施例では四つ）積層して積層型の回転子鉄心（以下、積層型回転子鉄心という）１０を構成したものである。すなわち、図７に示すように、積層型回転子鉄心１０は、四つの回転子鉄心１Ａ〜１Ｄを軸方向に積層して構成されている。なお、図７及び図８に示す回転子鉄心１Ａ〜１Ｄは、図１ないし図６に示し上述した回転子鉄心１と同一の構成を備えるものであり、以下、実施例１において説明した部材と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
図８及び図９に示すように、回転子鉄心１Ａと回転子鉄心１Ｂ、回転子鉄心１Ｂと回転子鉄心１Ｃ、回転子鉄心１Ｃと回転子鉄心１Ｄは軸方向に相互に鏡面対称に配置されている。換言すると、回転子鉄心１Ａと回転子鉄心１Ｃ、回転子鉄心１Ｂと回転子鉄心１Ｄが同一の向きに配置されている。周方向においてＮ極鉄心１１とＳ極鉄心１２との間には永久磁石２が配設されている。
【００５３】
つまり、軸方向に相互に隣接する回転子鉄心１Ａと回転子鉄心１Ｂ、回転子鉄心１Ｃと回転子鉄心１ＤとはＮ極側一体鉄心片１１１Ａ同士及びＳ極側分割鉄心１２２同士が対向配置され、回転子鉄心１Ｂと回転子鉄心１ＣとはＮ極側分割鉄心１１２同士及びＳ極側一体鉄心片１２１Ａ同士が対向配置されている。このように、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造においては、軸方向において一体鉄心同士、又は分割鉄心同士が軸方向に隣り合うように配置されている。
【００５４】
なお、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造においては、Ｎ極側分割鉄心１１２及びＳ極側分割鉄心１２２に作用する遠心力および回転力はそれぞれＮ極側一体鉄心１１１及びＳ極側一体鉄心１２１が負担することとなる。そのため、Ｎ極側一体鉄心１１１とＮ極側分割鉄心１１２との固定部の強度、及びＳ極側一体鉄心１２１とＳ極側分割鉄心１２２との固定部の強度、及びＮ極側一体鉄心１１１、Ｓ極側一体鉄心１２１の強度に応じて一体鉄心厚ｔ１及び分割鉄心厚ｔ２を決定し、回転機として必要な厚さとなる個数だけ回転子鉄心１を軸方向に積層することで、積層型回転子鉄心１０を構成するものとする。
【００５５】
また、図７，８に示す例では、上述した実施例１同様、Ｎ極側一体鉄心１１１とＮ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側一体鉄心１２２とＳ極側分割鉄心１２２とを固定する方法としてカシメ固定を採用している。そのため、Ｎ極側一体鉄心１１１、Ｎ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側一体鉄心１２２、及びＳ極側分割鉄心１２２はそれぞれカシメ固定を行うための貫通孔１４を備えている。
【００５６】
このように構成される積層型回転子鉄心１０はＮ極側一体鉄心１１１、Ｓ極側一体鉄心１２１の内径部にて、図示しない非磁性のボスを介して回転機軸３に取り付けられるか、または非磁性の回転機軸３に直接取り付けられることで永久磁石２の磁束の漏れを防止しながらも回転機軸３に回転力を伝達することができる。
【００５７】
積層型回転子鉄心１０の回転機軸３（又はボス）への締結方法の具体例としては、第１の実施例と同様、Ｎ極側一体鉄心１１１、Ｓ極側一体鉄心１２１の内径部にてキー締結することで、積層型回転子鉄心１０を組み立てる際の位相精度を高めることができる。
また、Ｎ極側一体鉄心１１１、Ｓ極側一体鉄心１２１の内径部と回転機軸３（又はボス）にて収縮締結（圧入又は焼嵌め）も可能である。
【００５８】
また、図９に示すように実施例１と同様、Ｎ極側一体鉄心１１１とＮ極側分割鉄心１１２、及びＳ極側一体鉄心１２１とＳ極側分割鉄心１２２をあらかじめ固定することなく、Ｎ極側一体鉄心１１１、Ｓ極側一体鉄心１２１、Ｎ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側分割鉄心１２２、及び板部材１５，１６を配置した後、これらを棒状支持部材１７を用いて一括で固定することも可能である。
【００５９】
図９に示すような構成とすれば、棒状支持部材１７はＮ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側分割鉄心１２２に対応する部分にのみ該Ｎ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側分割鉄心１２２の遠心力による負荷がかかることとなるため、棒状支持部材１７と各Ｎ極側一体鉄心１１１、Ｓ極側一体鉄心１２１との固定端にＮ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側分割鉄心１２２の遠心力による応力を分散することが可能となり、従来の完全分割鉄心を用いた回転子構造に比較して、応力の絶対値を低減させることができる。
【００６０】
これに対し、従来の完全分割鉄心を用いた回転子構造においては、全ての分割鉄心の遠心力による応力が棒状支持部材の軸方向両端面に配置される板部材との固定端の間に負荷される構成であったため、積層型回転子鉄心の積厚が増加するほど、径方向外側に撓みやすく、板部材との固定端にかかる応力が過大になっていた。
【００６１】
なお、Ｎ極側一体鉄心１１１とＮ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側一体鉄心１２１とＳ極側分割鉄心１２２をあらかじめ固定しておくことにより、さらに高強度な積層型回転子鉄心１０を得られることは、実施例１において説明したとおりである。
【００６２】
上述した本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造によれば、軸方向を経由する磁束の漏れを防止することができることに加え、実施例１において説明した回転子鉄心１を一つのユニットとして、該一つのユニットについて必要な強度を検討すればよく、強度的に回転機の必要鉄心積厚に依存しない回転子構造を得ることができる。換言すると、積層型回転子鉄心１０全体の強度及び剛性が回転子鉄心１の積層数に依存しないため、回転子鉄心１が必要な強度を満たしてさえいれば、積層型回転子鉄心１０全体について必要な強度を得られることとなる。
【００６３】
このように、鉄心積厚の大きい回転機に適用する場合には図１に示し上述した回転子鉄心１を一つのユニットとして、該ユニットの数を増加させることで対応でき、ユニット数に応じて積厚内にＮ極側一体鉄心１１１、Ｓ極側一体鉄心１２１も増加することとなるため、回転機軸３との締結強度も合わせて増加させることができる。すなわち、回転子鉄心１の積厚に対する棒状支持部材１７の強度および剛性の依存性が低いため、積厚の大きい電動機にも容易に対応することができる。
【実施例３】
【００６４】
（ギャップ磁束密度の向上）
図１０および図１１を用いて本発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造の第３の実施例について説明する。
【００６５】
図１０に示すように、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、上述した第２の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造において、Ｎ極側分割鉄心１１２とＳ極側一体鉄心連結部１２１Ｂとの間に形成される間隙、及び、Ｎ極側一体鉄心連結部１１１ＢとＳ極側分割鉄心１２２との間に形成される間隙に、径方向に着磁された永久磁石４を配設するものである。その他の構成については上述した第２の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造と同様であり、以下、同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６６】
ここで、第２の実施例において説明したように、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造においては、軸方向においてＮ極側一体鉄心１１１、Ｓ極側一体鉄心１２１同士、又はＮ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側分割鉄心１２２同士が隣り合うように配置されている。
【００６７】
そのため、本実施例においては図１１に示すように、軸方向両端に位置する分割鉄心（図１１ではＮ極側分割鉄心１１２）と一体鉄心連結部（図１１ではＳ極側一体鉄心連結部１２１Ｂ）との間の間隙に配設される永久磁石４（以下、第一永久磁石４１という）は軸方向の厚さをｔ２とする一方、軸方向両端以外ではＮ極側分割鉄心１１２、Ｓ極側分割鉄心１２２、Ｎ極側一体鉄心連結部１２１Ｂ、及びＳ極側一体鉄心連結部１１１Ｂはそれぞれ二つが軸方向に隣り合った状態となっているため、このＮ極側分割鉄心１１２とＮ極側一体鉄心連結部１２１Ｂ、またはＳ極側分割鉄心１２２とＮ極側一体鉄心連結部１１１Ｂの間に形成される間隙に配設される永久磁石４（以下、第二永久磁石４２という）は軸方向の厚さをｔ２×２としている。
【００６８】
なお、本実施例のように回転子が複数の回転子鉄心１を積層してなる場合、実施例１において説明した回転子鉄心１を一つのユニットとして、それぞれのユニットを積層する過程において永久磁石４（４１または４２）を順次組み込むようにすればよい。
【００６９】
上述した本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造によれば、Ｎ極側分割鉄心１１２とＮ極側一体鉄心連結部１２１Ｂ、またはＳ極側分割鉄心１２２とＮ極側一体鉄心連結部１１１Ｂとの間に形成される間隙に径方向に着磁された永久磁石４（４１または４２）を配設することで、図１０（ｂ）に矢印で示すように永久磁石２の内外径部に回転子鉄心１０による磁気回路が存在するため、回転子鉄心１０と図示しない回転機軸（又はボス）との締結強度を備えながらも効果的にギャップ磁束密度の向上を図ることができる。
【００７０】
なお、本実施例においては、上述した第２の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造においてＮ極側分割鉄心１１２とＮ極側一体鉄心連結部１２１Ｂ、またはＳ極側分割鉄心１２２とＮ極側一体鉄心連結部１１１Ｂとの間隙に径方向に着磁された永久磁石４を配設する例を示したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、上述した第１の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造においてＮ極側分割鉄心１１２とＮ極側一体鉄心連結部１２１Ｂ、またはＳ極側分割鉄心１２２とＮ極側一体鉄心連結部１１１Ｂとの間隙に径方向に着磁された永久磁石４を配設する等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、永久磁石形回転電機の回転子構造に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【００７２】
１，１Ａ〜１Ｄ，１０  回転子鉄心
２  永久磁石
３  回転機軸
４  永久磁石
１１  Ｎ極鉄心
１１Ａ  鉄心片
１２  Ｓ極鉄心
１２Ａ  鉄心片
４１  第一永久磁石
４２  第二永久磁石
１１１  Ｎ極側一体鉄心
１１１Ａ  Ｎ極側一体鉄心片
１１１Ｂ  Ｎ極側一体鉄心連結部
１１１ａ  Ｎ極側一体鉄心片本体部分
１１１ｂ  Ｎ極側一体鉄心外フランジ部
１１１ｃ  Ｎ極側一体鉄心片基端部
１１１ｄ  Ｎ極側一体鉄心連結部内周
１１１ｅ  Ｎ極側一体鉄心連結部外周
１１２  Ｎ極側分割鉄心
１１２ａ  Ｎ極側分割鉄心本体部分
１１２ｂ  Ｎ極側分割鉄心外フランジ部
１１２ｃ  Ｎ極側分割鉄心内フランジ部
１２１  Ｓ極側一体鉄心
１２１Ａ  Ｓ極側一体鉄心片
１２１Ｂ  Ｓ極側一体鉄心連結部
１２１ａ  Ｓ極側一体鉄心片本体部分
１２１ｂ  Ｓ極側一体鉄心外フランジ部
１２１ｃ  Ｓ極側一体鉄心片基端部
１２１ｄ  Ｓ極側一体鉄心連結部内周
１２１ｅ  Ｓ極側一体鉄心連結部外周
１２２  Ｓ極側分割鉄心
１２２ａ  Ｓ極側分割鉄心本体部分
１２２ｂ  Ｓ極側分割鉄心外フランジ部
１２２ｃ  Ｓ極側分割鉄心内フランジ部
【図１】
2013198304.tif 000003
【図２】
2013198304.tif 000004
【図３】
2013198304.tif 000005
【図４】
2013198304.tif 000006
【図５】
2013198304.tif 000007
【図６】
2013198304.tif 000008
【図７】
2013198304.tif 000009
【図８】
2013198304.tif 000010
【図９】
2013198304.tif 000011
【図１０】
2013198304.tif 000012
【図１１】
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